JP5315102B2

JP5315102B2 - 冷凍機及び冷凍空調システム

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Publication number: JP5315102B2
Application number: JP2009067230A
Authority: JP
Inventors: 孝徳磧本
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: JP2010216777A

Description

本発明は冷凍機及び冷凍空調システムに係り、特に複数の蒸発器を有するターボ冷凍機及びこれを用いた冷凍空調システムに関する。

従来、冷凍機の蒸発器に冷水を導入して冷却し、冷却された冷水を空調機に導入して空調を行う冷凍空調システムが存在する。また、図３に示すように、冷凍機Ｒ′と空調機５′との間に蓄熱槽７′と熱交換器６′とを配置し、冷凍機Ｒ′の蒸発器１２′にブラインを導入して冷却し、冷却されたブラインを蓄熱槽７′に導入して蓄熱し、空調時にこの蓄冷熱によって空調を行う冷凍空調システムも存在する。

ところで、ブラインは、水と比較して蓄熱効率は高いものの、流体自体の熱伝導率は低いものである。従って、蓄冷熱が無い状態で空調を行う場合、熱伝導率の低いブラインを冷却して間接的に空調を行うこととなるため、運転効率が悪くなる。つまり同じ冷凍熱量を取り出す場合、消費電力も大きくなる。

ここで、同じ空調機に対して冷水冷却用の冷凍機とブライン冷却用の冷凍機とを一つずつ設け、通常時は蓄冷熱を利用して空調を行い、蓄冷熱が無い場合には冷水によって空調を行えばよいのであるが、これでは空調設備がコストアップするという問題や設置面積を多く必要とするという問題が生じる。

このような問題を解決すべく、圧縮機及び凝縮器をそれぞれ一つずつ有するとともに、冷水冷却用の蒸発器とブライン冷却用の蒸発器とが並列に配置された冷凍機が提案されている（例えば、特許文献１）。この冷凍空調システムでは、冷水の冷却を行う場合には冷水冷却用蒸発器を利用し、ブラインの冷却を行う場合にはブライン冷却用の蒸発器を利用することとしている。

特開２００８−２６７７７５号公報

しかしながら、一つの圧縮機及び凝縮器に対して複数の蒸発器を接続すると、各蒸発器の圧力や冷媒液の液面高さなどが原因となって一方の蒸発器から他方の蒸発器へ冷媒が流入するなどし、冷凍機を良好に運転することができないという問題がある。特許文献１のものは、この点に関する解決策は開示されていない。

また、このような問題は、各蒸発器が冷水冷却用及びブライン冷却用といったように異なる種類のものである場合に限られず、同種の蒸発器においても当てはまるものである。

そこで、本発明は、一つの圧縮機及び凝縮器に対して複数の蒸発器を接続した場合であっても良好に運転することができる冷凍機、及び、そのような冷凍機を備えた冷凍空調システムを提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍機は、圧縮機と、凝縮器と、並列に配置される第１蒸発器及び第２蒸発器と、を順次配管によって接続して冷凍サイクルが構成される冷凍機において、前記第１蒸発器と前記第２蒸発器とを接続する配管と、前記配管を開閉する開閉機構と、前記第１蒸発器と前記第２蒸発器とを接続する冷媒液流通用第１配管と、冷媒液流通用第１配管を介して、前記第１蒸発器から前記第２蒸発器に冷媒液を輸送する冷媒輸送用第１ポンプと、前記第１蒸発器と前記第２蒸発器とを接続する冷媒液流通用第２配管と、冷媒液流通用第２配管を介して、前記第２蒸発器から前記第１蒸発器に冷媒液を輸送する冷媒輸送用第２ポンプと、を備え、前記第１蒸発器と前記第２蒸発器との圧力差が前記冷媒輸送用第１ポンプ又は前記冷媒輸送用第２ポンプの揚程を超えた場合、前記開閉機構を開とし、前記第１蒸発器と前記第２蒸発器との圧力差が前記冷媒輸送用第１ポンプ又は前記冷媒輸送用第２ポンプの揚程以下の場合、前記開閉機構を閉とすることを特徴とする。

このようにすれば、必要に応じて各蒸発器を互いに連通させることにより、冷媒の偏りや各蒸発器内の圧力の違いに起因して冷凍機が良好に運転できなくなることを防止することができる。

また、前記冷凍機は、前記各蒸発器を連通させて、各蒸発器内の冷媒液を流通可能に構成されることが好ましい。このようにすれば、例えば特定の蒸発器内の冷媒液が過剰となるか又は不足したとしても、この状態を解消することができる。

また、前記冷凍機は、前記各蒸発器を連通させて、各蒸発器内の気体を流通可能に構成されることが好ましい。このようにすれば、例えば特定の蒸発器内の圧力が高くなり過ぎるか又は低くなり過ぎたとしても、この状態を解消することができる。

また、前記各蒸発器は、開閉機構を備える配管によって接続されることが好ましい。このようにすれば、通常時は開閉機構を閉として各蒸発器間を遮断しておき、必要に応じて開閉機構を開として各蒸発器間を互いに連通させるといった制御を行うことができる。

また、前記蒸発器同士は、各蒸発器内の冷媒液を流通可能な冷媒液流通用配管と、各蒸発器内の気体を流通可能な気体流通用配管とによって接続されることが好ましい。このようにすれば、冷媒液の量の異常や各蒸発器内の圧力の異常といった状況に、冷媒液流通用配管や気体流通用配管によって対応することができる。

また、前記冷凍機は、前記冷媒液流通用配管には冷媒液を送るポンプが設けられることが好ましい。このようにすれば、蒸発器間で冷媒液を迅速に輸送することができる。また、例えば蒸発器間の圧力差がポンプの揚程を超えて輸送が行えなくなった場合にも、気体流通用配管が設けられていれば、各蒸発器内の気体を流通させることによって圧力差を小さくし、ポンプを良好に動作させることができる。

また、前記蒸発部は、冷水を冷却する冷水冷却用の蒸発器と、ブラインを冷却するブライン冷却用の蒸発器とを備えて構成されることが好ましい。このようにすれば、通常時は蓄冷熱を利用して空調を行い、蓄冷熱が無い場合には冷水によって空調を行うといった冷凍空調システムを一つの冷凍機を用いて実現することができる。

また、前記冷凍機は、前記各蒸発器に対する冷媒の流通経路を制御する冷媒流路制御機構を備えることが好ましい。このようにすれば、冷凍機を運転する際に用いる蒸発器を選択したり、各蒸発器ごとに運転量を変えるといった制御が可能となる。

具体的には、前記冷媒流路制御機構は、各蒸発器のうちいずれか一方を冷媒が流通するように冷媒流路を切り換える構成が考えられる。また、この他にも、前記冷媒流路制御機構は、各蒸発器を流通する冷媒の比率を調整する構成が考えられる。

また、本発明に係る冷凍空調システムは、圧縮機と凝縮器と蒸発部とを順次配管によって接続して冷凍サイクルが構成され、前記蒸発部は、冷水を冷却する冷水冷却用の蒸発器及びブラインを冷却するブライン冷却用の蒸発器によって構成されるとともに、各蒸発器が並列に配置され且つ互いに連通可能に構成される冷凍機と、前記冷凍機によって冷却されたブラインの冷熱を蓄熱する蓄熱槽と、冷却された冷水と空気とを熱交換させて空気を冷却する空調機と、前記蓄熱槽に蓄熱された冷熱によって空調機に導入される冷水を冷却する熱交換器と、前記冷水冷却用の蒸発器と空調機との間に形成される第１の冷水循環流路と、前記熱交換器と空調機との間に形成される第２の冷水循環流路と、前記各冷水循環流路に対する冷水の流通状態を制御する冷水流路制御機構とを備えることを特徴とする。

このようにすれば、必要に応じて各蒸発器を互いに連通させることにより、冷媒の偏りや各蒸発器内の圧力の違いに起因して冷凍機が良好に運転できなくなることを防止することができる。また、一つの冷凍機によって、蓄冷熱を利用して空調を行う運転及び冷水によって空調を行う運転の両方を実現することができる。

また、前記冷凍空調システムは、前記冷水冷却用の蒸発器から前記空調機へ向かう配管と、前記熱交換器から前記空調機へ向かう配管とが空調機の前段で合流し、且つ、前記空調機から前記冷水冷却用の蒸発器へ向かう配管と、前記空調機から前記熱交換器へ向かう配管とが空調機の後段で分岐するように設けられることが好ましい。

このようにすれば、前記第１の冷水循環流路と第２の冷水循環流路とを一部集約することができ、蓄冷熱を利用して空調を行う運転及び冷水によって空調を行う運転が可能な冷凍空調システムをコンパクトな構造で実現することができる。

また、前記冷水流路制御機構は、冷水冷却用の蒸発器からの冷水のみが空調機に導入される状態と、熱交換器からの冷水のみが空調機に導入される状態とを切り換えることが好ましい。このようにすれば、通常時は蓄冷熱を利用して空調を行い、蓄冷熱が無い場合には冷水によって空調を行うことができる。

また、前記冷水流路制御機構は、第１の冷水循環流路を流れる冷水と第２の冷水循環流路各蒸発器を流れる冷水の比率を調整するものであってもよい。このようにすれば、蓄冷熱を利用して空調を行う運転と、冷水によって空調を行う運転とを組み合わせて同時に行うことができる。

本発明によれば、一つの圧縮機及び凝縮器に対して複数の蒸発器を接続した場合であっても良好に運転することができる冷凍機、及び、そのような冷凍機を備えた冷凍空調システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る冷凍機を示す図。本発明の一実施形態に係る冷凍機を用いた冷凍空調システムを示す図。従来の冷凍機を用いた冷凍空調システムを示す図。

本発明の一実施形態を図１及び図２を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る冷凍機の全体構成を示したものである。図１において、本実施形態に係る冷凍機は、圧縮機（ターボ圧縮機）４と凝縮器２と蒸発部１０とを順次配管によって接続して冷凍サイクルが構成される。また、凝縮器２と蒸発部１０との間には、圧縮機４へ冷媒ガスを注入する中間冷却器３が設けられている。

前記凝縮器２は、冷却水が導入される熱交換器２Ｘを備える。凝縮器２では、冷却水導入配管２１から熱交換器２Ｘに冷却水が導入され、この冷却水によって冷媒ガスが冷却されて冷媒液となる。熱交換器２Ｘにおいて冷媒を冷却した冷却水は、冷却水導出配管２２によって導出される。凝縮器２には、冷媒液の液量を検出する液量検出部としての液面検出用センサ２ａが設けられている。

中間冷却器３は、冷媒液の液量を検出する液量検出部としての液面検出用センサ３ａを備える。また、中間冷却器３から圧縮機４へ向かう配管には、冷媒ガス電動弁３ｂが設けられる。冷媒ガス電動弁３ｂは、開閉弁によって構成される。なお、中間冷却器３は必須の構成ではなく、これが設けられないものであってもよい。

また、凝縮器２から中間冷却器３へ向かう配管には、膨張弁２ｃが設けられる。膨張弁２ｃは、流量調整弁によって構成される。

次に、前記蒸発部１０について説明する。蒸発部１０は、並列に配置される複数の蒸発器（冷水冷却用の蒸発器１１及びブライン冷却用の蒸発器１２）を備えて構成される。

冷水冷却用の蒸発器１１は、冷水が導入される熱交換器１１Ｘを備える。冷水冷却用の蒸発器１１では、冷水導入配管１３から熱交換器１１Ｘに冷水が導入され、この冷水によって冷媒液が蒸発して冷媒ガスとなる。熱交換器１１Ｘにおいて冷却された冷水は、冷水導出配管１４によって導出される。冷水冷却用の蒸発器１１には、冷媒液の液量を検出する液量検出部としての液面検出用センサ１ａが設けられている。また、冷水冷却用の蒸発器１１には、内部の圧力を検出する圧力検出部としての圧力センサ１ｈが設けられている。

ブライン冷却用の蒸発器１２は、ブラインが導入される熱交換器１２Ｘを備える。ブライン冷却用の蒸発器１２では、ブライン導入配管１５から熱交換器１２Ｘにブラインが導入され、このブラインによって冷媒液が蒸発して冷媒ガスとなる。熱交換器１２Ｘにおいて冷却された冷水は、ブライン導出配管１６によって導出される。ブライン冷却用の蒸発器１２には、冷媒液の液量を検出する液量検出部としての液面検出用センサ１ｂが設けられている。また、ブライン冷却用の蒸発器１２には、内部の圧力を検出する圧力検出部としての蒸発器圧力センサ１ｉが設けられている。

なお、ブラインとしては、蓄熱効率の高い液体が利用される。また、ブラインとしては、０℃でも凍結しない不凍液が好ましいが、これに限定されるものではない。

ところで、ブライン冷却用の蒸発器１２は、冷水冷却用の蒸発器１１よりも大きい容積（具体的には、約２倍の容積）を有する。これは、ブラインが水に比べて熱伝導率が小さいために、冷却にはより多くの冷媒を要するからである。従って、ブライン冷却用の蒸発器１２には、冷水冷却用の蒸発器１１よりも大量（具体的には、約３倍）の冷媒を導入可能に構成される。

また、各蒸発器１１，１２は、互いに連通可能に構成される。具体的には、冷凍機Ｒは、各蒸発器１１，１２を連通させて、各蒸発器１１，１２内の冷媒液を流通可能に構成される。また、冷凍機Ｒは、各蒸発器１１，１２を連通させて、各蒸発器１１，１２内の気体を流通可能に構成される。より具体的には、各蒸発器１１，１２は、気体流通用配管１ｊによって接続されている。気体流通用配管１ｊには、蒸発器圧力調整用の電動弁１ｅが設けられている。

また、各蒸発器１１，１２は、開閉機構を備える配管によって接続される。具体的には、各蒸発器１１，１２は、冷媒液流通用配管１ｋ，１ｌによって接続されている。冷媒液流通用配管１ｋには、蒸発器１１，１２間の仕切弁３ｆ及び冷媒輸送用ポンプ１ｇが設けられている。また、冷媒液流通用配管１ｌには、冷媒輸送用ポンプ１ｆ及び蒸発器１１，１２間の仕切弁３ｅが設けられている。

なお、冷媒液流通用配管は、一つだけ設けられるものであってもよく、その場合には、この冷媒液流通用配管に冷媒を両方向に輸送可能な冷媒輸送用ポンプが設けられる構成が考えられる。また、冷媒輸送用ポンプを用いないでも冷媒を輸送可能な場合には、冷媒液流通用配管に冷媒輸送用ポンプが設けられないものであってもよい。

また、凝縮器２（具体的には、中間冷却器３）から圧縮機４へ向かう冷媒の流通経路は、蒸発器１１，１２の上流側で分岐し、且つ蒸発器１１，１２の下流側で合流する。そして、冷水冷却用の蒸発器１１を通る冷媒の流通経路には、中間冷却器３−冷水冷却用の蒸発器１１間の切換弁３ｃ及び電動弁１ｃが設けられ、ブライン冷却用の蒸発器１２を通る冷媒の流通経路には、中間冷却器３−ブライン冷却用の蒸発器１２間の切換弁３ｄ及び電動弁１ｄが設けられる。

また、この冷凍機Ｒは、前記各蒸発器１１，１２に対する冷媒の流通経路を制御する冷媒流路制御機構を備える。具体的には、前記冷媒流路制御機構は、各蒸発器１１，１２のうちいずれか一方を冷媒が流通するように冷媒流路を切り換える。この切り換えにより、冷凍機Ｒは、冷水冷却の際の冷凍サイクルと、ブライン冷却の際の冷凍サイクルとに切り換えられる。

具体的には、前記冷媒流路制御機構は、前記切換弁３ｃ及び電動弁１ｃと、切換弁３ｄ及び電動弁１ｄとで構成され、冷水冷却用の蒸発器１１に冷媒を流通させる場合には、切換弁３ｃ及び電動弁１ｃを開とし切換弁３ｄ及び電動弁１ｄを閉とする一方、ブライン冷却用の蒸発器１２に冷媒を流通させる場合には、切換弁３ｄ及び電動弁１ｄを開とし切換弁３ｃ及び電動弁１ｃを閉とする。ただし、分岐する２つの流通経路のうち一方を閉とすることができるものであれば、どの弁を閉とするかはこれに限定されるものではない。また、切換弁３ｃ及び電動弁１ｃや切換弁３ｄ及び電動弁１ｄを設ける代わりに、中間冷却器３から各蒸発器１１，１２への配管の分岐点に三方弁を使用してもよい。

次に、冷水を用いて冷房運転を行う場合の冷凍サイクルを説明する。冷水冷却用の蒸発器１１に冷水を流通させて、冷水冷却用の蒸発器１１の冷媒と冷水とを熱交換させることによって冷凍能力が得られる。このとき、ブライン冷却用の蒸発器１２に接続する電動弁１ｄ及び切換弁３ｄとは閉状態とされる。また、仕切弁３ｅと仕切弁３ｆと電動弁１ｅは閉状態とされ、ブライン冷却用の蒸発器１２へはブラインが導入されない。

圧縮機４で圧縮された冷媒ガスは凝縮器２に送られる。凝縮器２に導入された冷媒ガスは、冷やされて冷媒液となる。凝縮器２の冷媒液面は、凝縮器２に設けられる液面検出用センサ２ａにより最適位置となるように膨張弁２ｃを動作させて制御される。そして、冷媒液は、最適な流量で中間冷却器３に流入する。中間冷却器３の冷媒液面は、液面検出用センサ３ａにより最適位置となるように切換弁３ｃを動作させて制御される。そして、冷媒液は、最適な流量で冷水冷却用の蒸発器１１に流入する。また、冷水冷却用の蒸発器１１に送られた冷媒は、開状態の電動弁１ｃを経て圧縮機４に送られる。

また、ブラインを用いて蓄熱運転を実施する場合の冷凍サイクルでは、ブライン冷却用の蒸発器１２へブラインを流通させて、ブライン冷却用の蒸発器１２の冷媒とブラインとを熱交換させることによって冷凍能力が得られる。このとき、冷水冷却用の蒸発器１１に接続する電動弁１ｃと切換弁３ｃとは閉状態とされる。また、仕切弁３ｅと３ｆと１ｅは閉状態とされ、冷水冷却用の蒸発器１１へは冷水が導入されない。

なお、圧縮機４から凝縮器２及び中間冷却器３までの動作は冷水を用いて冷房運転を行う場合と同様である。電動弁１ｄと切換弁３ｄとは、開状態とされる。最適な流量でブライン冷却用の蒸発器１２に流入した冷媒は、開状態の電動弁１ｄを経て圧縮機４に送られる。

上述したように、本冷凍機システムは、冷房運転と蓄熱運転での圧縮機４と凝縮器２と中間冷却器３とが共通のため、冷房運転機と蓄熱運転機をそれぞれ２台設置する場合と比較して省スペースとなる。

ところで、起動時や運転中に蒸発器１１，１２中の冷媒液面が高い場合、冷媒が液の状態で圧縮機４に吸込まれて液圧縮運転となり、冷凍機が故障するおそれがある。一方で、冷媒液面が低い場合、蒸発量が少なくなり所定の冷凍能力が得られない。そこで、冷水冷却用の蒸発器１１の液面検出用センサ１ａとブライン冷却用の蒸発器１２の液面検出用センサ１ｂを用いて運転中の蒸発器１１又は１２中の冷媒液面が適正となるように液面制御する。

例えば、冷水冷却用の蒸発器１１の運転中に冷水冷却用の蒸発器１１の冷媒液面が高くなると、冷媒液流通用配管１ｊに設けた冷媒輸送用ポンプ１ｇを作動させ、冷媒液をブライン冷却用の蒸発器１２へ輸送する。一方、冷水冷却用の蒸発器１１の冷媒液面が低くなると、冷媒輸送用ポンプ１ｆを作動させ、冷媒液を冷水冷却用の蒸発器１１へ輸送する。

同様に、ブライン冷却用の蒸発器１２の運転中にブライン冷却用の蒸発器１２の冷媒液面が高くなると、冷媒輸送用ポンプ１ｆを作動させ、冷媒液を冷水冷却用の蒸発器１１へ輸送する。ブライン冷却用の蒸発器１２の冷媒液面が低くなると、冷媒輸送用ポンプ１ｇを動作させ、冷媒液をブライン冷却用の蒸発器１２へ輸送する。

なお、各冷媒輸送用ポンプ１ｆ，１ｇを作動させる場合には、その冷媒輸送用ポンプ１ｆ又は１ｇが設けられる配管１ｋ又は１ｌの弁は開とされるが、前記冷媒輸送用ポンプを動作させない場合には、液面高さの違い（液ヘッド）による冷媒の移動を防止するため、仕切弁３ｅや仕切弁３ｆを閉とする。

また、各蒸発器１１，１２間の圧力差が各冷媒輸送用ポンプ１ｆ，１ｇの揚程を超えた場合、冷媒輸送が行えず運転中の蒸発器１１又は１２中の冷媒液面を最適に保持することが困難となる。そこで、冷水冷却用の蒸発器１１の圧力センサ１ｈの検知結果と圧力センサ１ｉの検知結果とから各蒸発器１１，１２の圧力差を検知し、上述のような液面制御を実施する際に蒸発器１１，１２間の圧力差が冷媒輸送用ポンプ１ｇ又は１ｆの揚程を超えた場合、電動弁１ｅを開として、蒸発器１１，１２間の圧力の調整を行う。これにより、蒸発器１１，１２間の圧力差が小さくなるため、スムーズな冷媒輸送を行うことが可能となり冷媒液面制御が達成される。

ただし、蒸発器間１１，１２の圧力差が冷媒輸送用ポンプ１ｆ，１ｇの揚程以下である場合には、蒸発器間１１，１２に蒸発器圧力調整用電動弁１ｅは閉とされる。これは、蒸発器１１，１２のうち運転中である一方の蒸発器１１又は１２は内部が低温となっているが、他方の蒸発器１２又は１１は内部が高温となっているため、気体流通用配管１ｊを開放すると運転中の蒸発器１１，１２の温度が温度上昇することとなり、その分の熱量が無駄となって運転効率が低下するためである。

なお、各蒸発器１１，１２が互いに連通可能に構成されることにより、上記以外にも種々のメリットがある。例えば、冷水冷却用の蒸発器１１が運転中でブライン冷却用の蒸発器１２が停止である場合に、冷水冷却用の蒸発器１１の圧力が低下して、冷水冷却用の蒸発器１１を流れる冷水の温度も低下した場合、冷水が凍結して冷水冷却用の蒸発器１１中の熱交換器１１Ｘが損傷するおそれがある。このとき、運転中の冷水冷却用の蒸発器１１に対して、高圧力、高温度冷媒が存在するブライン冷却用の蒸発器１２から（例えば、冷媒輸送用ポンプ１ｆなどを利用して）冷媒を冷水冷却用の蒸発器１１に輸送する。すると、冷水冷却用の蒸発器１１の圧力が上昇し、また、冷水の温度も上昇するため、冷水の凍結を防止することができる。

また、例えば各蒸発器１１，１２のうちいずれか一方を運転させる間、他方を停止させる場合には、停止中の蒸発器１１又は１２には冷媒が不要となる。従って、前記各蒸発器１１，１２を連通させて、各蒸発器１１，１２内の冷媒液を流通可能に構成することにより、例えば冷凍機Ｒの起動時に運転させない蒸発器１１又は１２から運転させる蒸発器１２又は１１に冷媒を移動させることにより、封入する冷媒量を少なくすることができ、環境にも優しく且つコスト低減にもつながる。

次に、本実施形態に係る冷凍機Ｒを用いた冷凍空調システムについて、図２を用いて説明する。

この冷凍空調システムは、圧縮機４と凝縮器２と蒸発部１０とを順次配管によって接続して冷凍サイクルが構成され、前記蒸発部１０は、冷水を冷却する冷水冷却用の蒸発器１１及びブラインを冷却するブライン冷却用の蒸発器１２によって構成されるとともに、各蒸発器１１，１２が並列に配置され且つ互いに連通可能に構成される冷凍機Ｒと、前記冷凍機Ｒによって冷却されたブラインの冷熱を蓄熱する蓄熱槽７と、冷却された冷水と空気とを熱交換させて空気を冷却する空調機５と、前記蓄熱槽７に蓄熱された冷熱によって空調機Ｒに導入される冷水を冷却する熱交換器６と、前記冷水冷却用の蒸発器１１と空調機５との間に形成される第１の冷水循環流路Ｃ１と、前記熱交換器６と空調機５との間に形成される第２の冷水循環流路Ｃ２と、前記各冷水循環流路Ｃ１，Ｃ２に対する冷水の流通状態を制御する冷水流路制御機構とを備える。

具体的には、前記蓄熱槽７は、ブラインを貯留する液槽である。ブラインは、蓄熱槽７からブライン冷却用の蒸発器１２に導入されて冷却された後、蓄熱槽７に戻される。また、蓄熱槽７内の冷却されたブラインは、冷却水導入配管２１を通って熱交換器６に導入され、冷水を熱交換により冷却した後に、冷却水導出配管２２を通って蓄熱槽７に戻される。

前記冷水流路制御機構は、冷水冷却用の蒸発器１１からの冷水のみが空調機５に導入される状態と、熱交換器６からの冷水のみが空調機５に導入される状態とを切り換える。

また、この冷凍空調システムは、前記冷水冷却用の蒸発器１１から前記空調機５へ向かう配管１７と、前記熱交換器６から前記空調機５へ向かう配管１８とが空調機５の前段で合流し、且つ、前記空調機５から前記冷水冷却用の蒸発器１１へ向かう配管１９と、前記空調機５から前記熱交換器６へ向かう配管２０とが空調機５の後段で分岐するように設けられる。

ここで、図３に示す従来の冷凍空調システムでは、冷凍機Ｒ′で冷却されたブラインの熱量は蓄熱槽７′において蓄熱される。そして、蓄熱槽７′からのブラインと冷水とは熱交換器６′において熱交換を行い、熱交換器６′からの冷水を用いて空調機５′によって空調が行われる。一般的な冷凍機Ｒ′の場合、蒸発器は１個で構成されている。従って、蒸発器１２′中を流れる流体系統も１種類である。そのため、蓄熱運転が終了した（即ち、冷熱が無くなった）後に、空調が必要となった際、ブラインを介して冷房運転を実施しなければならない。ところが、ブラインは水と比較して流体自身の熱伝導率が低いため、得られる熱伝達率も低くなり、結果として運転効率も悪くなる。また、熱交換器６′の損失も加わり、さらにシステム全体の効率も低下する。

一方、図２に示す冷凍空調システムによれば、前記配管１９と配管２０との合流部に冷水還り制御用三方弁６ｂを設け、前記配管１７と配管１８との合流部に冷水行き制御用三方弁６ｃを設ける。なお、冷水還り制御用三方弁６ｂ及び冷水行き制御用三方弁６ｃは、前記冷水流路制御機構として機能する。

通常の蓄熱運転時では、冷凍機Ｒはブライン冷却用の蒸発器１２を使用して前述したブラインの蓄熱槽７から空調機５までの系統を用いる。蓄熱運転が終了後に、空調が必要となった場合は、冷水の流れ方向を冷水還り制御用三方弁６ｂと冷水行き制御用三方弁６ｃを用いて冷凍機Ｒ側へ変更し、冷凍機Ｒの運転モードも切り換えて冷水冷却用の蒸発器１１を使用する。これにより、ブラインより熱交換率が高い冷水が熱交換器６を介さず、直接空調機５へ流入することにより、ブライン１系統のみで蓄熱と冷房運転を実施した場合と比較し高効率な運転が可能となる。

以上のように、本実施形態に係る冷凍機及び冷凍空調システムによれば、一つの圧縮機及び凝縮器に対して複数の蒸発器を接続した場合であっても良好に運転することができる冷凍機、及び、そのような冷凍機を備えた冷凍空調システムを提供することができる。

具体的には、蓄熱時にブラインを循環する蒸発器１２を用い、それ以外の冷房運転時には冷水を循環する蒸発器１１を用いることができるので、蓄熱運転以外の冷水運転時において効率の高い運転を行うことができる冷凍機、及び冷凍空調システムを提供することができる。また、ブライン用及び冷水用の２台の冷凍機を設置するのに比較して、低コストで設置面積の小さい冷凍機及び冷凍空調システムを提供することができる。

なお、本発明に係る冷凍機及び冷凍空調システムは、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、複数の蒸発器として冷水冷却用の蒸発器１１とブライン冷却用の蒸発器１２とを備えるものとして説明したが、このように異なる種類の蒸発器を備えるものに限定されるものではなく、どちらも冷水冷却用又はブライン冷却用の蒸発器といったように、同種の蒸発器を複数備えるものであってもよい。

また、前記蒸発器は、２つのものに限定されず、３つ以上のものであってもよい。

また、前記冷媒流路制御機構は、各蒸発器１１，１２のうちいずれか一方を冷媒が流通するように冷媒流路を切り換えるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、各蒸発器１１，１２を流通する冷媒の比率を調整するものであってもよい。

また、前記冷水流路制御機構は、冷水冷却用の蒸発器１１からの冷水のみが空調機５に導入される状態と、熱交換器からの冷水のみが空調機に導入される状態とを切り換えるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、前記第１の冷水循環流路Ｃ１を流れる冷水と第２の冷水循環流路Ｃ２を流れる冷水の比率を調整するものであってもよい。このようにすれば、蓄冷熱を利用して空調を行う運転（蓄熱利用運転）と、冷水によって空調を行う運転とを組み合わせて同時に行うことができる。

この場合には、例えば、蓄冷熱を利用して空調を行って蓄冷熱が無くなった後に冷水によって空調を行うのではなく、蓄冷熱を利用して空調を行う運転と冷水によって空調を行う運転とを併用することにより、蓄冷熱を温存することができる。また、そのような冷水流路制御機構の具体的構造としては、配管１９と配管２０との合流部及び配管１７と配管１８との合流部に流量調整弁を設けるものが考えられる。

また、熱交換器６において冷水を冷却する方法は、上述したものに限定されるものではなく、例えば、ブライン冷却用の蒸発器１２に導入されるブラインとは別の熱媒体が熱交換器６に導入され、冷水を間接的に冷却するものであってもよい。また、熱交換器６と蓄熱槽７とを一体的に構成するものであってもよく、この場合には、例えば、蓄熱槽７内に熱交換器６が設けられ、蓄熱槽７内のブラインと冷水とを熱交換させる構成などが考えられる。

２凝縮器
３中間冷却器
４圧縮機
５空調機
６熱交換器
７蓄熱槽
１０蒸発部
１１冷水冷却用の蒸発器
１２ブライン冷却用の蒸発器
１３冷水導入配管
１４冷水導出配管
１５ブライン導入配管
１６ブライン導出配管
２１冷却水導入配管
２２冷却水導出配管

Claims

圧縮機と、凝縮器と、並列に配置される第１蒸発器及び第２蒸発器と、を順次配管によって接続して冷凍サイクルが構成される冷凍機において、
前記第１蒸発器と前記第２蒸発器とを接続する配管と、
前記配管を開閉する開閉機構と、
前記第１蒸発器と前記第２蒸発器とを接続する冷媒液流通用第１配管と、
冷媒液流通用第１配管を介して、前記第１蒸発器から前記第２蒸発器に冷媒液を輸送する冷媒輸送用第１ポンプと、
前記第１蒸発器と前記第２蒸発器とを接続する冷媒液流通用第２配管と、
冷媒液流通用第２配管を介して、前記第２蒸発器から前記第１蒸発器に冷媒液を輸送する冷媒輸送用第２ポンプと、
を備え、
前記第１蒸発器と前記第２蒸発器との圧力差が前記冷媒輸送用第１ポンプ又は前記冷媒輸送用第２ポンプの揚程を超えた場合、前記開閉機構を開とし、
前記第１蒸発器と前記第２蒸発器との圧力差が前記冷媒輸送用第１ポンプ又は前記冷媒輸送用第２ポンプの揚程以下の場合、前記開閉機構を閉とすることを特徴とする冷凍機。
前記各蒸発器に対する冷媒の流通経路を制御する冷媒流路制御機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
前記冷媒流路制御機構は、各蒸発器のうちいずれか一方を冷媒が流通するように冷媒流路を切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍機。
前記冷媒流路制御機構は、各蒸発器を流通する冷媒の比率を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍機。